5 дней в чашке Петри

Что такое жизнь? Ответить на этот вопрос крайне сложно. Есть множество понятий жизни: с точки зрения физики, философии, религии… В биологии (биомедицине) жизнью называют форму существования материи в виде простейшей единицы – клетки. Клетка формирует все многообразие живых существ.

И когда же зарождается жизнь? Если мы говорим о человеке, это происходит в момент слияния яйцеклетки (женского начала) и сперматозоида (мужского начала). Слияние половых клеток (оплодотворение) – явление тайное, чем давно привлекает умы ученых-биологов. В процессе задействованы две клетки, десятки и сотни процессов, тысячи и сотни тысяч реакций.

Изучение механизмов зарождения жизни позволило найти этому практическое применение, а именно поставить накопленные знания на путь преодоления физиологического (но не биологического) бесплодия человека. Специалисты берут часть половых клеток будущих родителей, проводят оплодотворение, культивируя in vitro («в пробирке») эмбрионы, наблюдают за ними, а затем переносят их в организм матери.

Что происходит в первые дни жизни человека?

Основные этапы таинства зарождения происходят в эмбриологической лаборатории. Борченко Руслан Владимирович, к.б.н., эмбриолог сети центров репродукции и генетики «Нова Клиник» коротко описывает первые дни жизни человека (ребенка).

День нулевой

• Забор клеток

В лабораторию поступают ооциты и сперматозоиды будущих родителей. Эмбриолог приступает к работе. Не все клетки способны дать жизнь. Задача эмбриолога – оценить потенциал клеток, степень их физиологической/биологической зрелости, произвести отбор активных сперматозоидов.

Стоит сказать, клетки человека довольно «капризны». Им требуются особые условия содержания, приближенные к условиям тела человека. Клетки, а далее эмбрионы культивируются при определенной температуре, кислотности среды, содержании углеводов, белков, жиров и других веществ. Все эти условия обеспечивает высокотехнологичное оборудование эмбриологической лаборатории.

• Оплодотворение

Есть несколько техник оплодотворения. Более физиологичным является «классическое» ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение), когда в чашку с яйцеклетками добавляется капля с сотнями тысяч сперматозоидов… Запускается физиологичный механизм оплодотворения. Лишь один (самый активный и физиологически правильный) сперматозоид проникнет внутрь яйцеклетки и сольется с ней. Другая техника оплодотворения – ИКСИ (интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида). Суть ее сводится к тому, что при помощи особого микроскопа и специальных микроинструментов эмбриолог отбирает самый лучший сперматозоид и помещает его внутрь яйцеклетки. ИКСИ является технически сложной и дорогостоящей манипуляцией, но в некоторых случаях единственно возможной.

Процесс завершен… Клетки помещаются в питательную среду и оставляются в покое. Запускаются механизмы слияния… Наступают долгие часы ожидания результата…

День первый. Оценка результатов оплодотворения

Через 16-18 часов после начала оплодотворения эмбриолог, используя микроскоп, оценивает результат и правильность оплодотворения. Как уже говорилось, не все клетки способны дать жизнь, не все клетки дают правильный эмбрион. Сложность природы процесса оплодотворения приводит ко многим отклонениям от нормы. Задача эмбриолога – оценить, отметить «правильный» эмбрион и продолжить наблюдение за ним.

День второй. Дробление зиготы

Дробление. Яйцеклетка является одной из самых крупных клеток в организме человека. Она содержит большое количество питательных веществ для роста и развития эмбриона в первые дни его развития. Слияние генетического материала будущих родителей запускает дробление теперь уже так называемой зиготы. Сперва зигота делится пополам, образуя две клетки чуть меньшего размера, нежели яйцеклетка. К началу второго дня эмбрион состоит уже из четырех клеток, получившихся в результате еще одного параллельного цикла деления.

День третий. Клеточек все больше

Продолжается дробление (деление) клеток. Эмбрион уже состоит из восьми клеток. Все они еще меньше яйцеклетки, потому что до сих пор практически не растут, а питаются в основном за счет ее запасов. Примечательно, что именно в этот период в полной мере активируется генетический материал мужского ядра.

День четвертый. Стадия морулы

К началу этого периода эмбрион уже состоит из нескольких десятков или сотен клеток. Они расположены близко-близко друг к другу, весьма компактно. Эмбрион приобретает шаровидную форму и внешне похож на ягодку шелковицы (отсюда название стадии – морула, от лат. morula – шелковица).

Чаще именно на четвертый день развития эмбриона применяется техника рассечения (надрезания) его оболочки. Блестящая оболочка, или zona pellucida (блестящей ее называют потому, что она светится в проходящих лучах микроскопа), – это особая оболочка, присущая яйцеклетке. Она защищает ее от ряда факторов, служит барьером для проникновения и слияния яйцеклетки с несколькими сперматозоидами. Блестящая оболочка сохраняется и у эмбриона до 5-6 дня развития. И здесь ее роль тоже значительна. Она по-прежнему защищает эмбрион от ряда воздействий, удерживает бластомеры (клетки) эмбриона вместе до нужного момента, ограничивает высокую адгезивную способность клеток на стадиях развития 4 дня.

Эмбриолог, применяя различные методы (механическое разрезание оболочки специальным микроинструментом, воздействие химическими агентами, применение лазера), рассекает оболочку эмбриона, помогая таким образом ему в дальнейшем покинуть ее (так называемый хетчинг (от англ. hatching, или «выклев»).

День пятый. Стадия бластоцисты

К началу или середине этого дня дробящийся эмбрион формирует бластоцисту – структуру, напоминающую по форме полый шар (подобно мячу, глобусу). Состоит бластоциста приблизительно из 200-250 клеток. Клетки бластоцисты неоднородны и строго дифференцированы. Среди них выделяют две основные группы: клетки трофэктодермы (трофобласта) и клетки внутренней клеточной массы (эмбриобласта). Первые, собственно, и формируют сферу (шар) бластоцисты. Они в дальнейшем будут участвовать в имплантации (прикреплении) эмбриона в матке. Клетки эмбриобласта видны в микроскоп в виде скопления у одного из полюсов шара (отсюда и название «внутренняя клеточная масса»). Именно клетки этой группы дадут начало телу ребенка и плодных оболочек.

Значительно разбухшая шарообразная бластоциста постепенно растягивает блестящую оболочку и в итоге разрывает ее. Теперь она выходит из своего убежища и готова к имплантации в организм матери.

Формирование бластоцисты – заключительная стадия в развитии эмбриона в чашке Петри. Задача эмбриолога на этом этапе – определить потенциал эмбриона, его способность дать долгожданную беременность и рождение здорового ребенка. В этом эмбриологу может помочь еще одна процедура, важность которой доказана в последнее десятилетие. Речь идет о преимплантационном генетическом тестировании эмбриона.

Чем поможет преимплантационное генетическое тестирование эмбриона?

Давайте выясним, в чем заключается суть процедуры.

Используя микроскоп и специальные микроинструменты, эмбриолог «отщепляет» от трофэктодермы (клеток внешней оболочки бластоцисты) несколько клеток (обычно 5-7 клеток, что не сказывается на жизнеспособности эмбриона) и отправляет их в генетическую лабораторию на анализ. При этом оставшийся эмбрион подвергается замораживанию в жидком азоте, где он может храниться длительное время при температуре -196 градусов по Цельсию.

В генетической лаборатории анализируется генный или хромосомный набор клеток. Если подтверждается норма хромосомного (генного) состава, врачами принимается решение о возможности размораживания эмбриона и его последующего переноса в полость матки матери.

Проведение процедуры преимплантационного генетического анализа все чаще рекомендуется женщинам старшего репродуктивного возраста, поскольку она позволяет повысить шансы на беременность и рождение здоровых детей.

Иногда, в процессе культивирования эмбрионов, проводя наблюдения за их развитием, эмбриологи отмечают наличие в бластоцисте двух эмбриобластов (участков с клетками внутренней клеточной массы). Такой эмбрион может дать начало однояйцевой двойне или однояйцевым монохориальным близнецам. Рождению близнецов может способствовать и тот самый, упомянутый выше, вспомогательный хетчинг. В момент «выклева» клетки внутренней клеточной массы могут разделиться, дав начало однояйцевым близнецам.

Автор статьи: Борченко Руслан Владимирович, к.б.н., эмбриолог сети центров репродукции и генетики «Нова Клиник».